Jadrový reaktor pre nejadrovú ponorku (NNS). Rozpor je súčasťou samotného názvu, napriek tomu bola táto otázka v ZSSR považovaná za dosť vážnu. Najmä myšlienka umiestnenia malého jadrového reaktora bola zvažovaná vo vzťahu k ponorkám projektu 651. Naftovo-elektrická ponorka (DEPL) projektu raketovej strely projektu 651 sa stala v tom čase najväčšími nejadrovými ponorkami ZSSR.
Dollezhalovo vajce
V snahe zvýšiť podvodný dosah naftovo-elektrických ponoriek projektu 651 dizajnéri od začiatku položili namiesto olovených kyselín strieborno-zinkové batérie. V praxi sa ukázalo, že strieborno-zinkové batérie majú dve kritické nevýhody: vysoké náklady a krátku životnosť (až 100 cyklov nabíjania a vybíjania), ktoré predurčili návrat k oloveným batériám.
Okrem batérií so zvýšenou kapacitou sa však uvažovalo aj o radikálnejších riešeniach pre dieselelektrické ponorky projektu 651. Námorníctvo (námorníctvo) ZSSR sa v zásade súbežne s výstavbou lodí projektu 651 pripravovalo na výstavbu jadrových ponoriek (jadrových ponoriek) projektu 675 s rovnakými riadenými strelami P-6, ktoré boli nainštalované na dieselelektrických ponorkách projektu 651. Jadrové ponorky projektu 675 však boli výrazne drahšie naftovo-elektrické ponorky projektu 651. Bolo potrebné riešenie, ktoré by umožnilo ponorkám (ponorkám) projektu 651 získať neobmedzený cestovný dosah ponoriek, zatiaľ čo zachovanie ďalších charakteristík na úrovni dieselelektrických ponoriek pôvodného projektu.
Ako riešenie sa uvažovalo o vytvorení malého jadrového reaktora, takzvaného „Dollezhalovho vajíčka“, pomenovaného podľa jeho tvorcu Nikolaja Dollezhala, hlavného konštruktéra jadrových reaktorov pre námorníctvo ZSSR. V počiatočnej fáze projekt zahŕňal umiestnenie reaktora do samostatnej kapsuly a jeho ťahanie za lano s káblom, aby sa opustilo ťažké biologické tienenie. Takáto koncepcia však bola okamžite odmietnutá, a to jednak kvôli vysokej pravdepodobnosti straty kapsuly s reaktorom, jednak kvôli potenciálu sledovať ponorky pozdĺž rádioaktívnej stopy. V budúcnosti sa uvažovalo o umiestnení reaktora mimo tuhého naftovo-elektrického ponorkového telesa, avšak v rámci jedinej „tuhej“ponorkovej konštrukcie.
Vtedajšie technológie evidentne neumožnili vytvoriť dostatočne kompaktný a spoľahlivý bezúdržbový reaktor s prijateľnými charakteristikami. V budúcnosti sa myšlienka inštalácie jadrovej elektrárne (JE) na dieselelektrické ponorky viackrát vrátila. Najmä na základe dieselelektrických ponoriek projektu 651 bol projekt 683 vyvinutý na vytvorenie masovej ponorky vybavenej jadrovou elektrárňou s nízkym výkonom. Táto ponorka mala byť postavená vo veľkom v továrňach, ktoré predtým vyrábali dieselelektrické ponorky. Projekt 683 sa vliekol a nedostal vývoj, pravdepodobne preto, že v tom čase už mal ZSSR dostatočnú výrobnú kapacitu na výrobu plnohodnotných jadrových lodí v množstvách potrebných pre námorníctvo.
Nezabudlo sa ani na projekt 651. V roku 1985 bola jedna z lodí tohto projektu prepracovaná podľa projektu 651E, vyvinutého ešte v roku 1977. V rámci modernizácie bola ponorka vybavená kompaktnou jadrovou elektrárňou s nízkym výkonom, vyvinutou vo Vedeckom výskumnom a projekčnom ústave energetiky (NIKIET) - v súčasnosti Rád Leninovho vedecko -výskumného a projekčného ústavu energetiky pomenovaný po N. A. Dollezhal “. V rámci projektu 651E bola nízkoenergetická jadrová elektráreň umiestnená v spodnej zadnej časti ponorky mimo odolného trupu. Bol použitý jednosmyčkový varný reaktor. Ponorka projektu 651E však tiež neopustila prototypové štádium.
Viacúčelové ruské jadrové ponorky
Po páde ZSSR a strate značnej časti jeho priemyselného potenciálu sa Rusko opäť stretlo s problémom nedostatku jadrových ponoriek. Projekt viacúčelovej jadrovej ponorky (MCSAPL) 885 / 885M „Ash“sa napriek všetkým svojim výhodám ukázal ako extrémne drahý a ťažko stavateľný. Celkovo sa plánuje vybudovanie siedmich SSNS projektu 885 / 885M, čo je v kontexte rýchleho zastarávania jadrových ponoriek tretej generácie projektov 971, 945 / 945A dostupných v ruskom námorníctve úplne nedostačujúce.
V súčasnej dobe prebieha návrh viacúčelovej jadrovej ponorky „Husky“novej generácie. Projekt Husky je stále plný povestí a nie skutočných informácií. Jadrové ponorky tohto projektu budú pravdepodobne menšie a lacnejšie ako SSNS projektu 885 / 885M, čo umožňuje načrtnúť analógiu s ultra-drahými americkými jadrovými ponorkami Seawolf a univerzálnejšou a relatívne lacnou jadrovou energiou z Virginie. ním vyvinuté ponorky nahradiť.
Súčasne existujú riziká, že projekt Husky, najmä ak je v ňom implementovaný vysoký koeficient technickej novinky, môže čeliť nepredvídaným zdržaniam a zvýšeniu nákladov.
Nejadrové ponorky v Rusku a vo svete
Ďalším spôsobom, ako posilniť podvodnú zložku námorníctva, je konštrukcia nejadrových ponoriek. A ani v tomto segmente ruského námorníctva nejde všetko hladko. V súčasnej dobe je celosvetovým trendom vybaviť nejadrové ponorky elektrárňami nezávislými na vzduchu (VNEU), vyrobenými na rôznych princípoch-palivové články, Stirlingov motor. Prítomnosť VNEU umožňuje radikálne zvýšiť rozsah ponoriek ponoriek, čím sa jeho schopnosti približujú jadrovým ponorkám, a to za výrazne nižšie náklady.
Ruské projekty VNEU pre projekt 677 Lada submarine bohužiaľ čelili problémom, rovnako ako celý projekt 677, v dôsledku čoho budú prvé ponorky tohto projektu pravdepodobne implementované bez inštalácie VNEU.
Batérie pre nejadrové ponorky
Ďalšou možnosťou - vybaviť ponorku lítiovými batériami so zvýšenou kapacitou, si vybrali japonské námorné sily (námorníctvo), ktoré ponorku prevádzkujú aj so Stirlingovým motorom. Predpokladá sa, že použitie vysokokapacitných lítiových batérií umožní autonómiu NNS dlhého dosahu porovnateľnú s tou, ktorá umožňuje použitie VNEU, ale zároveň lítiové batérie poskytujú dlhý ponorný dosah pri vysokých rýchlostiach.
Kritici lítiových batérií tvrdia, že sú náchylné k požiaru a výbuchu. Dá sa však predpokladať, že priemyselné, a ešte viac vojenské využitie takýchto batérií bude znamenať zvýšenú pozornosť otázkam bezpečnosti a minimalizácii potenciálnych rizík prehriatia alebo deformácie batérií. Najväčšou prekážkou zavedenia lítiových batérií do neponorkových ponoriek sú ich vysoké náklady.
Perspektíva použitia lítiových batérií v záujme námorníctva je potvrdená zintenzívnením ich vývoja európskymi výrobcami.
Na výstave Euronaval 2018 v Paríži francúzska skupina pre stavbu lodí Naval Group a nemecká skupina TKMS oznámili vytvorenie vlastných lítium-iónových batérií pre ponorky. Tieto dve spoločnosti nezávisle vyvíjajú lítiové ponorkové batérie v spolupráci s významným francúzskym výrobcom priemyselných lítiových batérií a akumulátorov SAFT.
Spoločnosť Naval Group plánuje použiť lítiové batérie LIBRT v sľubných ponorkách SMX-31, zatiaľ čo TKMS vyvíja univerzálne riešenie, ktoré je možné integrovať do existujúcich a vo výstavbe nemeckých ponoriek projektov 212 a 214.
V Rusku je situácia s výrobou moderných lítiových batérií dosť vágna.
Liotech, dcérska spoločnosť spoločnosti RUSNANO, vyrába batérie vyrobené pomocou technológie lítium železo -fosfátu (LiFePO4). Tieto batérie majú určité výhody, najmä vysokú bezpečnosť používania, možnosť bezpečného rýchleho nabíjania a bezpečné vybíjanie vysokými prúdmi. Kapacita LiFePO4 je zároveň výrazne (približne dvakrát) nižšia ako lítiové batérie vyrobené pomocou lítium -kobaltu alebo iných technológií. V médiách sa niekoľkokrát objavili informácie o bankrote spoločnosti, ale webová stránka spoločnosti v súčasnosti funguje.
V roku 2015 oznámilo „Výskumné centrum“autonómnych zdrojov energie spoločne s „závodom autonómnych zdrojov energie“spoločnosti PJSC otvorenie výroby celého cyklu lítium-iónových batérií. V súčasnej dobe však nie sú k dispozícii žiadne informácie o rozsahu výroby a stupni lokalizácie.
Budú sa vyvíjať technológie batérií LiFePO4 a ďalších typov lítiových batérií a ich implementácia v Rusku, ako aj možnosť ich použitia ako zdroja energie pre nejadrové ponorky si zaslúžia podrobné štúdium špecializovaných organizácií.
Moderné ruské jadrové elektrárne
Nedostatok fungujúceho domáceho VNEU a riešení založených na vysoko účinných lítiových batériách v kombinácii s vysokými nákladmi a zdržaním pri výstavbe viacúčelových jadrových ponoriek môže prinútiť ruské námorníctvo vrátiť sa k konceptu vybavenia dieselových a elektrických ponoriek nízkymi energetické jadrové elektrárne. Momentálne je na svete pod vplyvom „zelene“odklon od jadrovej energie. Rusko, naopak, v blízkej budúcnosti neplánuje opustiť „mierový atóm“, aktívne sa v tomto smere rozvíja a v oblasti jadrovej energie je s najväčšou pravdepodobnosťou „prvým medzi rovnými“.
Jedným z príkladov vzniku prelomových technológií medzi ruskými jadrovými vedcami sú príklady vytvorenia malej jadrovej elektrárne pre bezpilotné podvodné vozidlo Poseidon (UUV) a jadrového raketového motora pre riadenú strelu Burevestnik s neobmedzeným letovým dosahom.
Neexistujú žiadne spoľahlivé údaje o jadrovej elektrárni BPA „Poseidon“. Pravdepodobne to môže byť reaktor s kvapalným kovovým chladivom s kapacitou asi 8 až 10 MW, podľa reaktora vyvinutého spoločnosťou A. P. Aleksandrová (NITI) projektu AMB-8 s tichými magnetohydrodynamickými chladiacimi čerpadlami primárneho okruhu.
Vzhľadom na špecifiká aplikácie Poseidon BPA môže mať jej jadrová elektráreň obmedzenú životnosť, ktorá trvá niekoľko tisíc hodín, čo jej nedovolí priame požičanie pre perspektívne ponorky, ale ponechá ju ako zdroj technologických riešení.
O prítomnosti radiačnej ochrany v jadrovej elektrárni v BPA Poseidon existujú pochybnosti. Absencia posádky na jednej strane nevyžaduje plnohodnotnú radiačnú ochranu, iba tzv. "Tieňová" ochrana oddelení s citlivými zariadeniami. Na druhej strane, nedostatok radiačnej ochrany môže komplikovať prevádzku Poseidonu UUV - inštalácia / vybratie z nosiča, údržba, aj keď je jeho reaktor štandardne „odstavený“.
V ZSSR aj v Rusku boli reaktory s kvapalným kovovým chladivom vyvíjané veľmi aktívne až do sériového použitia na ponorkách Project 705 Lira, ktoré majú vynikajúce technické vlastnosti a rovnako rozsiahly súbor neriešiteľných problémov. Je dosť pravdepodobné, že „tekutý kov“(pravdepodobne) NPU jadrovej elektrárne Poseidon je účinný iba v rámci riešeného problému a nemôže byť prispôsobený na dlhodobú bezproblémovú prevádzku.
Ak nie je možné realizovať jadrovú elektráreň s kvapalným kovovým chladivom as dlhým cyklom autonómnej bezproblémovej prevádzky, potom možnosť vytvorenia nízkoenergetickej jadrovej elektrárne na základe reaktorov vyvinutých v tej istej spoločnosti NIKIET, kde Dollezhalovo vajíčko bolo predtým navrhnuté, je možné ho zvážiť.
Z článku zástupcu riaditeľa - generálneho projektanta pre občianske stavby JSC „NIKIET“A. O. Pimenova:
Aby sa splnili energetické požiadavky arktických polí, spoločnosť NIKIET ponúka množstvo noviniek: od prenosnej malej stanice Vityaz s vodou chladeným reaktorom s elektrickým výkonom až 1 MW a energetickej jednotky s jednotnou regálovou inštaláciou, lokálne napájanie jedného spotrebiteľa, dodávané vo forme energetickej kapsuly továrenskej výroby s kompaktne umiestnenými reaktorovými a turbínovými generátorovými jednotkami, až po rad varičov typu nádoby pre elektrárne s elektrickým výkonom 45 MW, 100 MW a 300 MW v jednoblokovom prevedení.
Najmä nízkoenergetické jadrové elektrárne (ASMM) Vityaz, Shelf a ATGOR by mali mať minimálne rozmery a vysokú autonómiu. Sú navrhnuté v zapuzdrenom prevedení, ktoré zvyšuje úroveň bezpečnosti jadrových elektrární. Modulárna prenosná integrovaná elektráreň „Vityaz“, založená na tlakovo vodou chladenom vodnom reaktore, s elektrickým výkonom 1 MW a tepelným výkonom 6 MW s hmotnosťou maximálne 60 ton. Základná kampaň je 40 000 hodín, frekvencia nabíjania je šesť rokov, vzduchové chladenie s mechanickou cirkuláciou vzduchu.
Vo výkonovom rozsahu od 1 do 10 MW sa navrhuje projekt Shelf ASMM a sľubný projekt ATGOR založený na nízkoenergetickom plynovo chladenom reaktore s otvoreným cyklom. Mobilná jednotka "ATGOR" na automobilovom návese je schopná produkovať 3,5 MW tepelného výkonu a 0,4-1,2 MW elektrickej energie. Životnosť je 60 rokov, jadrové palivo sa dopĺňa raz za desať rokov.
ASMM Shelf je hlavným vývojom spoločnosti NIKIET, môže byť dodávaný vo forme energetickej kapsuly pripravenej na použitie a je určený na napájanie technických zariadení pracujúcich v ropných a plynových poliach vrátane zariadení vzdialených v značnej vzdialenosti od pobrežia a majú celoročný cyklus prevádzky 25-30 rokov. Regál ASMM obsahuje dvojkruhový jadrový reaktor s vodou chladeným integrovaným reaktorom s tepelným výkonom 28 MW, turbínový generátorový agregát, ktorý generuje 6 MW elektrickej energie, a systém na automatické a diaľkové ovládanie, monitorovanie a ochranu zariadenia. technické prostriedky.
Životnosť jadrovej ponorky Shelf je 60 rokov, cyklus jadra je 40 000 hodín a frekvencia tankovania je šesť rokov. Hmotnosť prepravovaného modulu je 375 ton. Reaktor je chránený bezpečnostným krytom, ktorý v prípade nehôd so stratou chladiacej kvapaliny poskytne 72 hodín na rozhodnutie o ďalších krokoch. Turbínový generátor je k dispozícii na opravu. Všetky prvky jadrovej elektrárne „Polička“sú pokryté ochranným plášťom pred vplyvom vonkajších faktorov.
Dá sa teda predpokladať, že vývoj ruských atómových vedcov umožňuje vytvoriť kompaktnú autonómnu jadrovú elektráreň s elektrickým výkonom 1-6 MW so životnosťou až desať (a možno aj viac) rokov medzi prekládkami jadra reaktora. Ak je možné vytvoriť kompaktnú jadrovú elektráreň na báze reaktorov s kvapalným kovovým chladivom, potom môžu byť jej vlastnosti ešte pôsobivejšie. Umiestnenie reaktora do izolovanej kapsuly maximalizuje jeho izoláciu od telesa ponorky a zabráni výraznému zvýšeniu hluku v porovnaní s ponorkou / naftovo-elektrickou ponorkou.
Neponorkové alebo naftovo-elektrické ponorky s pomocnou jadrovou elektrárňou?
V prvom rade je potrebné povedať, že vyhlásenia „nepotrebujeme jadrové ponorky, stačia obyčajné naftové a elektrické ponorky“neobstoja v kritike a odkazujú na pokus o sebauspokojenie - „keďže zlyhávame, potom to nepotrebujeme “. Čas klasických naftovo-elektrických ponoriek sa blíži ku koncu, ich exportný potenciál bude rapídne klesať nie kvôli „móde“pre neponorky, ale preto, že potreba častého vychádzania na povrch na dobíjanie batérií je pre ponorku osudná. Ak vezmeme do úvahy rýchly nárast počtu bezpilotných lietadiel (UAV), ktoré sa vyvíjajú aj v záujme námorníctva, ktoré vyplávali na povrch periskopu a nabíjali batérie dieselových a elektrických ponoriek, s vysokou pravdepodobnosťou to bude zistené. radarom alebo termovíziou UAV a zničené.
Potrebuje ruské námorníctvo dieselelektrické ponorky s pomocnou jadrovou elektrárňou, alebo je lepšie zamerať sa na vývoj VNEU a moderných batérií pre nejadrové ponorky? Na zodpovedanie tejto otázky je potrebné získať odpovede na niekoľko ďalších otázok:
1. Ako úspešná a drahá (lacná) jadrová ponorka projektu „Husky“dopadne a koľko bude stáť dieselelektrická ponorka s pomocnou jadrovou elektrárňou?
2. Je priemysel Ruskej federácie schopný vytvoriť VNEU v rozumnom čase a za prijateľnú cenu alebo vyrábať moderné batérie, ktorých použitie na domácich nejadrových ponorkách im umožní konkurovať najlepším svetovým analógom?
Podľa odseku 1. Ak sa z akéhokoľvek dôvodu ukážu byť jadrovými ponorkami projektu Husky cesty a ich výstavba bude trvať dlho, dieselovo-elektrické ponorky s pomocnou jadrovou elektrárňou budú výrazne lacnejšie, aj keď v dôsledku Málo skromných charakteristík a je jednoduchšie ho postaviť, potom je možné takýto projekt dobre zvážiť a realizovať tak, aby mal námorníctvo k dispozícii dostatočný počet ponoriek
Náklady na projekt 885 / 885M MCSAP sú od 30 do 47 miliárd rubľov. (od 1 do 1,5 miliardy dolárov), náklady na projekt SSBN 955 / 955A sú asi 23 miliárd rubľov. (0,7 miliardy dolárov). Exportná hodnota dieselelektrických ponoriek projektu 636 je 300 miliónov dolárov, respektíve ich náklady pre ruské námorníctvo by mali byť asi 150-200 miliónov dolárov. Aj keď sa ich náklady, ak sú vybavené pomocnou jadrovou elektrárňou, zdvojnásobia, v tomto prípade budú náklady na dieselelektrické ponorky s jadrovými elektrárňami trikrát až štyrikrát nižšie ako náklady na SSN projektu 885 / 885M. To vôbec neznamená, že je potrebné opustiť „skutočné“lode poháňané jadrovou energiou v prospech dieselelektrických ponoriek s jadrovými elektrárňami, ale skutočnosť, že ich existencia vo flotile môže byť dosť nákladovo efektívna, to potvrdzuje.
K bodu 2. Problém VNEU a batérií so zvýšenou kapacitou bude potrebné vyriešiť tak či onak, prinajmenšom na zabezpečenie exportných objednávok pre lodiarsky priemysel. Ak sa načasovanie vytvorenia VNEU a batérií so zvýšenou kapacitou oneskorí a ich získané charakteristiky a náklady nebudú spĺňať požiadavky ruského námorníctva, potom môže byť v dopyte projekt dieselelektrickej ponorky s pomocnou jadrovou elektrárňou, inak môže byť jeho realizovateľnosť spochybnená
Je možné vložiť oddiel s jadrovou elektrárňou do existujúcich projektov 636 alebo 677? Projekt 636 je príliš starý na to, aby mohol implementovať také radikálne inovácie ako pomocná jadrová elektráreň. Možnosť vloženia pomocnej jadrovej elektrárne do ponorky projektu 677 môžu posúdiť iba vývojári tejto ponorky spolu s vývojármi jadrovej elektrárne. Osud projektu 677 je už podľa niektorých správ v limite práve kvôli problémom s elektrárňou. V tomto prípade môže štúdia inštalácie pomocnej jadrovej elektrárne oživiť a nakoniec pochovať projekt 677.
Ešte menej informácií je k dispozícii o projekte ruskej jadrovej ponorky piatej generácie „Kalina“. Fragmentárne informácie obsahujú informácie o vývoji niekoľkých verzií, a to ako s VNEU, tak s batériami so zvýšenou kapacitou. Či sú tieto informácie spoľahlivé, alebo ide o dobré prianie, sa dá len hádať; podľa toho nemá zmysel špekulovať o možnosti použitia pomocnej jadrovej elektrárne na ponorke projektu Kalina.
Preto Potreba vyvinúť naftovo-elektrickú ponorku s pomocnou jadrovou elektrárňou pre ruské námorníctvo môže byť spojená s pomerom týchto hlavných faktorov: nákladov a času na výstavbu sľubných jadrových ponoriek projektu Husky a nákladov a času vytvorenia jadrovej ponorky s vysokovýkonnou jadrovou elektrárňou alebo batériami so zvýšenou kapacitou.
Na druhej strane pokrok vo vytváraní malých jadrových elektrární môže viesť k tomu, že sa budú rozvíjať bez ohľadu na úspech pri vytváraní VNEU alebo batérií so zvýšenou kapacitou a budú sa realizovať a budú žiadané v rámci jediný projekt nádejnej ponorky.
